1.影响原始气体云的质量的因素

在观测宇宙学家眼中，宇宙的历史是从大爆炸后（如果真有大爆炸的话）30万年开始的，因为只有在这时，宇宙退耦之后，我们才有可能观测到宇宙中物质的演化。退耦前的宇宙对我们来说只是一片光，这片光经过一百多亿年的红移，就成了今天我们观测到的宇宙微波背景辐射。用宇宙背景探测卫星观测到的这种辐射，尽管总的来说非常均匀，但是仔细分析就可以发现，在这种背景上，确实已经存在很微小的不均匀性。

这种不均匀性要发展形成星系、星系团还有很长的路要走。英国天文学家金斯研究了一个气体云的质量与它的温度和密度的关系，提出了一个判据，它对于早期宇宙中的原始气体云同样适用。但是这里面也有一个不同的问题，那就是暗物质的问题。在恒星形成中，暗物质不起什么作用，可是在星系或星系团的形成中，情况就不一样了。暗物质占了星系和星系团质量的绝大部分，尽管我们还不能明确这些暗物质究竟是些什么物质，可是它们一定会对星系或星系团的形成起重要作用。

根据可能属于暗物质的物质性质，可以把暗物质分成两大类：热暗物质和冷暗物质。

热暗物质的粒子质量很小，运动速度接近光速；冷暗物质的粒子质量大，运动速度相对来说比较慢。这两类暗物质对宇宙结构的形成作用是不一样的，因此星系形成模型也就有热暗物质模型和冷暗物质模型之分。

2.星系形态之争

现在我们来考虑，一旦星系从一个原始气体云团中开始形成，它又会怎样演变呢？这里首先碰到的一个问题就是怎样看待星系形态的差别，也就是这些形态方面的差别究竟能说明什么问题。

最初，天文学家曾经认为这种形态变化反映了星系的历史演变。一部分天文学家认为，星系刚形成的时候是椭圆星系，然后因为自转而越转越扁，扁平的部分形成旋臂，变成旋涡星系，最后旋臂散开、消失，变成不规则星系。但是，另一部分天文学家不同意这种观点，他们认为恰恰相反，星系刚形成的时候是不规则的，由于旋转，后来形成旋臂，变成旋涡星系，旋臂越旋越紧，最后消失，成为椭圆星系。

这两种根本对立的观点关键的差别就在于，旋涡星系的旋臂究竟是在旋松还是旋紧。可是事实上，旋涡星系的旋臂相当稳定，长期以来的观测并没有得出它们的旋臂在旋松还是旋紧的任何结论。后来，天文学家倾向于认为，椭圆星系、旋涡星系、不规则星系形态上的差别不是演化的结果，而是在形成时就具有的。

20世纪60年代，美国天文学家桑德奇（Allen Sandage）等提出的星系形成和演化学说认为，在一些整体上气体密度高或内部运动剧烈的原始气体云团中，恒星形成从一开始就非常快，气体很快就用完了，形成的就是椭圆星系；相反，在一些整体上气体密度较低或内部运动不十分剧烈的原始气体云团中，原始气体快速坍缩，在中心形成核球，恒星首先在气体密度高的核球内形成，而在气体密度低的部分，恒星形成较慢，未形成恒星的气体逐渐下沉，变成盘状，然后在盘内形成恒星，最终成为一个旋涡星系。至于不规则星系，他们认为，这类星系的原始气体云团密度很低，其中绝大部分气体未演变成恒星。

桑德奇等提出的星系形成过程的模型被称为“单一坍缩模型”。根据这样的模型得出结论，星系形成于一次简单的坍缩过程。因此，星系中的恒星特别是与星系同时形成的球状星团，都应该是在同一过程中形成的，在观测到的一些特性方面应该有同一性或单一的变化规律。但实际上，观测结果却复杂得多。

3.复杂的球状星团

球状星团是一类非常年老的天体，至少与星系是差不多时间形成的。因此，球状星团的研究也许可以为星系的形成提供重要的线索，正是由于这个原因，近20多年来它一直是天文学研究中的一个热点。

可是，直到目前，球状星团的研究结果仍呈现出一种纷繁杂乱的情况，人们并没有得出一条明确的线索，真是“剪不断，理还乱”。

很多研究者认为球状星团形成于星系形成之后，甚至现在还有球状星团形成，这主要是在一些正在发生碰撞、合并的星系以及其他某些有恒星形成剧烈活动的星系中。观测表明，在这些星系中有大量的年轻星团，按照它们的质量，应该是球状星团。但是，绝大多数星系的球状星团年龄都非常老，因此不会是按照第三类模型形成的。

对于第一类模型和部分第二类模型，需要解决的一个重要问题是球状星团内恒星重元素的含量问题。重元素只能在大质量恒星内部形成，在超新星爆发的时候抛射出来，进入星际气体，并成为下一代恒星形成所需的原料中的成分。因此，如果球状星团早于星系形成，或者在某个星系形成过程中首先形成，球状星团就必须有一个“自增丰”（即从星团内部使重元素含量增加）的过程。这种自增丰理论过去一直遭到强烈反对，因为许多人认为星团内部超新星爆发会使形成球状星团的原始气体云团瓦解，也就不可能进一步形成球状星团。

1999年，比利时天文学家帕尔芒蒂埃（G.Parmentier）等通过计算证明，第一代恒星超新星爆发产生的能量不一定足以把正在形成中的球状星团摧毁，只要第二代形成的球状星团总质量足够大，它们会在万有引力的作用下聚拢起来，最终形成一个球状星团。当然也有大量的球状星团被摧毁了，分散开来的恒星就成了星系晕中大量的孤立恒星。